Práctica 4: CONTADORES

Práctica 4: CONTADORES 1 Introducción Biestables Son circuitos que tienen dos estados estables. Cada estado puede permanecer de forma indefinida. S

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CONTADORES CONTADORES ASINCRONOS ASCENDENTE Vdd Vdd S S J ck K Q2 Q2 Vdd J ck K Q1 Q1 R S J ck K Q0 Q0 R R Las entradas asincronas S y R

Contadores
MICROCONTROLADORES Timer/Contadores Timer/Contadores Los Los Temporizadores/Contadores Temporizadores/Contadores Carlos E. Canto Quintal MICROCONT

Contadores
MICROCONTROLADORES Timer/Contadores Timer/Contadores Aplicaciones Aplicaciones de de los los Temporizadores/Contadores Temporizadores/Contadores Ca

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Práctica 4: CONTADORES

1

Introducción Biestables Son circuitos que tienen dos estados estables. Cada estado puede permanecer de forma indefinida. Son circuitos con memoria

Clasificación: • Asíncronos: no necesitan señal de sincronización para cambiar la salida • Síncronos: necesitan una señal para validar la salida (Señal de sincronismo o de reloj CLK) Asíncronos à R–S Síncronos à R–S, J-K, T, D

2

Circuitos secuenciales asíncronos Con puertas NOR

Biestables R-S R R

Q

S

Q

Q Q

R

S

Qt

0

0

Qt-1

0

1

1

1

0

0

1

1

Prohibido

No S cambia de estado Con puertas NAND

S

Q Q

R

3

Circuitos secuenciales asíncronos Utilizar biestables síncronos

Presencia de glitches

Aparecen problemas en los sistemas asíncronos cuando aparecen transitorios de la señal de entrada que son capturados a la entrada de los biestables ’0’

’1’

’1’

tp

tp

A’

R

tp

S

A B A B

Q

tp

.....

Q

R

S

Qt

0

0

Qt-1

0

1

1

1

0

0

1

1

Prohibido

2tp

A’ S t0

4

Circuitos secuenciales síncronos Nomenclatura de la señal de reloj Biestables tipo LATCH Nivel alto CLK

Nivel bajo CLK

Biestables tipo FLIP-FLOP Flanco de subida CLK

Flanco de bajada CLK

5

Circuitos secuenciales síncronos Biestables R-S síncronos S (SET) es la puesta a 1 y R (RESET) es la puesta a 0 del biestable. Si las entradas S y R están a 1 la salida valdrá 0 o 1. Si R y S son 0 no cambia el estado CLK R

Q CLK

S

Q

Señal de reloj (Flanco descendente)

R

S

Qt

x

x

Qt-1

0

0

Qt-1

0

1

1

1

0

0

1

1

0 (B.P.) 1 (I.P.)

Biestable R-S activo por flanco de bajada

6

Circuitos secuenciales síncronos Biestables J-K Resuelve el problema de la prohibición del estado R=S=1 del biestable R-S. J es la puesta a 1 y K es la puesta a 0 del biestable. Si las entradas J y K están a 1 la salida cambia su estado. Si J y K son 0 no cambia el estado CLK J

Q CLK

K

Q

J

K

Qt

x

x

Qt-1

0

0

Qt-1

0

1

0

1

0

1

1

1

Qt-1

Biestable J-K activo por flanco de bajada

7

Circuitos secuenciales síncronos Biestables J-K síncronos con entradas asíncronas de preset y clear Los dispositivos comerciales suelen disponer de unas entradas asíncronas para la puesta a cero del biestable (Clear) y para su puesta a uno (Preset) CLK

Preset

J

Q

J

K

Qt

x

x

Qt-1

0

0

Qt-1

0

1

0

1

0

1

1

1

Qt-1

CLK

K

Q

Clear

Preset

Clear

Qt

0

0

Prohibido

0

1

1

1

0

0

1

1

Qt-1

Con Clear = Preset = ‘1’ tenemos el funcionamiento normal del biestable

8

Circuitos secuenciales síncronos Biestables T La salida del biestable cambia de estado siguiendo la evolución de la señal T. El biestable T es la base de los contadores asíncronos.

T

CLK CLK

Q

T

Qt

0

Qt-1

1

Qt-1

9

Circuitos secuenciales síncronos Biestables T No existe comercialmente y se consigue con biestables tipo J–K. Si conectamos la entradas J y K y la denominamos entrada T tendremos un biestable tipo T T

CLK J

Q CLK

K

J

K

Qt

0

0

Qt-1

0

1

0

1

0

1

1

1

Qt-1

10

Circuitos secuenciales síncronos Biestables D FLIP-FLOP Pasa el valor presente en la entrada D a la salida cuando llega el flanco descendente de la entrada de reloj.

D

Q

CLK

D

Qt

X

Qt-1

1

1

0

0

CLK

D

Qt

0

X

Qt-1

1

1

1

1

0

0

CLK

Q

Biestables D LATCH Pasa el valor presente en la entrada D a la salida cuando tenemos un nivel alto en la entrada de sincronismo.

D

Q CLK

Q ¡ Activo por nivel !

11

Circuitos secuenciales síncronos Utilizar configuración master-slave

Problema de las carreras

Problema que surge cuando existe realimentación de la salida hacia la entrada del sistema cuando aún está activa la señal de reloj ’1’

D

Q CLK

Q

12

Circuitos secuenciales síncronos Biestables Maestro-Esclavo (Master-Slave) Corresponde a dos biestables (J-K ó R-S) dispuestos en serie (uno maestro y el otro esclavo). Reciben esta denominación porque el estado del biestable esclavo - una vez que el reloj de éste asi lo permite - corresponde al estado de las salidas del biestable maestro. Para eliminar finalmente los problemas de carrera se usan con configuración activos por flanco. J

Q1

CLK

J

Q1

K

Q2

CLK

K

Q1

13

Aplicaciones de biestables Contadores asíncronos Tienen una entrada de reloj genérica y n salidas binarias que representan en cada momento el valor en binario de los pulsos que entran por la entrada de reloj. Los biestables no cambian al mismo tiempo Divisores de frecuencia En muchas ocasiones la frecuencia de una señal no es la requerida para la aplicación y se hace necesario dividir la misma Temporizadores Las aplicaciones de los temporizadores en aplicaciones de electrónica digital son imprescindibles.

14

Aplicaciones de biestables Contadores asíncronos Están basados en biestable de tipo T encadenados en cascada. Cada vez que en la entrada de un biestable tipo T aparece un flanco descendente (cambio de 1 a 0) el biestable cambia de estado

CLK T Q

T Q

Q0

T Q

Q1

T Q

Q2

Q3

15

Aplicaciones de biestables Contadores asíncronos Cronograma CLK

Q0 Q1 Q2 Q3

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16 1

2

1

0 1

0 1

0 1 0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0

0 0

1 1

0 0

1 1

0 0

1 1

0 0 1 1

0

0 0 0 0

1 1 1 1

0

1 1 1 1 1 1

0

0 0 0 0 0 0

0

1

0 0

1 1 1

0 0 0 1 1

16

Aplicaciones de biestables Contadores decimales Para construir un contador decimal, utilizaremos un contador binario de 4 bits y lo reseteamos (poner a cero) cuando entren 10 pulsos. Reseteamos el contador cuando tenemos la combinación binaria de 10 (1010) CLK

R T Q

R T Q

Q0

R T Q

R T Q

Q1

Q2

Q3

17

Aplicaciones de biestables Contadores decimales

Reset con la combinación 1010 CLK

R

CLK Q0

BCD Q1 Q2

Q0 Q3

Q1 Q2 Q3

8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8

1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

Representación en diagrama de bloques del contador decimal (BCD)

18

Aplicaciones de biestables Contador Ascendente-Descendente CLK T Q

T Q

T Q

T Q

A/D

Q0

Q1

Q2

Q3

• Con un 0 contador ascendente pasa a la salida el mismo número que en la salida del biestable (salida Q) • Con un 1 contador complementa el número que tenga la salida del biestable ( salida Q (negada))

19

Aplicaciones de biestables Divisor de frecuencia Las salidas de un contador se pueden utilizar como un divisor de frecuencia. Tal y como puede verse en el cronograma la frecuencia de salida de cada salida divide por 2 la frecuencia de la anterior CLK 1 2 3 4 5 6 7 8 fCLK Q0 f 0 0 1 Q1 Q2 Q3

9 10 11 12 13 14 15 16

0 1 0 1 0 1 0 1

0 1

0 1

0 1

0 0

1 1

0 0

1 1

f1

0 0

f2

0 0 0 0

f3

0 0

1 1

0

0 0 1

0 0

1 1

1 1 1

0 0 0 0

0 0 0 1 1

fn =

fCLK 2 n +1

1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

20

Aplicaciones de biestables Divisor de frecuencia

R

CLK Q0

Binario Q1 Q2

R

CLK Q3

fCLK fCLK fCLK fCLK 22 23 2 4 2

Q0

BCD Q1 Q2

Q3

fCLK fCLK fCLK fCLK 2 2 2 3 10 2

Cuando el contador es de tipo BCD la salida Q3 no cumple la regla fCLK/2n+1, sino que divide por 10 ya que cuando entran 10 pulsos se resetea

21

Aplicaciones de biestables Temporizador El temporizador básico cuando detecta la combinación de temporización y efectúa un cambio de 0 a 1.

VCC

Contador Pulsador de Inicio de temporización

Combinacional

22

Aplicaciones de biestables VCC

Pulsador de Inicio de

Temporizador

temporización R

CLK Q0

CLK

1 2

3 4

5 6

Pulsador Inicio Q

7 8

9

BCD Q1 Q2

Q3

R

Q

S

23

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